tepelný obsah vody
tepelný obsah vody
tepelný obsah vody
- No tags were found...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Názvosloví<br />
Kvalita<br />
Výroba<br />
Kondenzace<br />
Teplosměnná<br />
plocha
Názvosloví páry<br />
Pro správné pochopení funkce<br />
parních systémů musíme znát<br />
základní pojmy spojené s párou.
Entalpie<br />
Celková energie, příslušná danému tlaku a<br />
teplotě kapaliny nebo páry v daném čase a<br />
podmínkách. Je rovna součtu tepelného<br />
<strong>obsah</strong>u <strong>vody</strong>, výparného tepla a přehřátí.<br />
Základní jednotkou pro její měření je kJ.
Specifická entalpie<br />
Entalpie nebo celková energie jednotky<br />
hmoty (1 kg). Jednotkou je kJ/kg.<br />
/kg.
Specifické(měrné) teplo<br />
Množství tepla potřebebné k ohřátí 1kg<br />
látky o 1°C. Proto je měrné teplo vyjádřeno<br />
v kJ/kg°C.<br />
Specifické teplo <strong>vody</strong> je 4,2 kJ/kg°C.
Absolutní tlak<br />
Teoreticky ideální beztlakový stav je při<br />
absolutním vakuu při tzv. „absolutní“ nule.<br />
Absolutní tlak je tlak počítaný od absolutní<br />
nuly.<br />
Tlak, který takto dosáhne 100 kPa (1 bar) je<br />
tlakem atmosférickým.
Přetlak<br />
Tlak měřený na manometrech v parním<br />
systému.<br />
Přetlak je tlak měřený od atmosférického<br />
tlaku. Nulou pro přetlak je tedy<br />
atmosférický tlak (1 bar abs.)<br />
Tlak nižší než atmosférický se vyjadřuje v<br />
mm vodního nebo rtuťového sloupce v<br />
soustavě SI v Pa.
Teplo<br />
Forma energie. Teplo je část entalpie par ,<br />
kapalin a plynů.
Přestup tepla<br />
Přenos energie z teplejšího na chladnější<br />
těleso když se dotýkají.
Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong><br />
Teplo potřebné k dosažení bodu varu z<br />
teploty tajícího ledu.<br />
Také známý jako entalpie syté <strong>vody</strong>.
Výparné teplo<br />
Teplo potřebné k přeměně jednotky hmoty<br />
<strong>vody</strong> na suchou páru při stejné teplotě.<br />
Také známo jako výparná entalpie.
Celkový tepelný <strong>obsah</strong> páry<br />
Součet tepelného <strong>obsah</strong>u <strong>vody</strong> a výparného<br />
tepla. Plus přehřátí u přehřáté páry.
Kvalita<br />
páry
“Suchá” pára je lepší<br />
Parní tabulky jsou pro “suchou sytou páru”,<br />
tedy takovou, která ne<strong>obsah</strong>uje kapičky <strong>vody</strong>.<br />
Pro technologii a ohřev je důležité zajistit aby<br />
pára byla co nejsušší.<br />
Ve skutečnosti s sebou pára nese kapičky<br />
<strong>vody</strong>. Proto se používají odvaděče kondenzátu<br />
a separátory k tomu aby se udržela pára co<br />
nejsušší.
Suchost páry<br />
Každý kilogram páry se suchostí 0,95<br />
<strong>obsah</strong>uje 0,95 kg suché páry a 0,05 kg <strong>vody</strong>.<br />
Suchost je tedy <strong>obsah</strong> suché páry v páře<br />
skutečně vyplňující parní prostor.<br />
Pára se stává mokrou tím, že absorbuje<br />
kapičky <strong>vody</strong>, která je přítomná v parním<br />
prostoru. Voda ne<strong>obsah</strong>uje žádné výparné<br />
teplo.
Určení specifické entalpie syté páry 3 bar<br />
se suchostí sf = 0,95<br />
h3 = h + (suchost x r)<br />
h3 = h + (0.95 x r)<br />
h3 = 605 + (0.95 x 2 133)<br />
h3 = 2 632 kJ/kg<br />
Z výsledku je patrné, že entalpie páry 3 bar se suchostí<br />
0,95 je nižší o 106 kJ/kg /kg než u páry suché (2 738 kJ/kg).<br />
/kg).<br />
Tepelný <strong>obsah</strong> mokré páry je tedy nižší než u páry suché.
Objem mokré páry je menší než<br />
objem páry suché<br />
Objem mokré páry =<br />
objem suché syté páry x<br />
suchost páry(sf<br />
sf)
Voda nám umožňuje vidět „páru“<br />
Pára je typický plyn; suchou sytou páru není<br />
možné vidět.<br />
Pouze přítomnost <strong>vody</strong> dává páře podobu<br />
bílého oblaku. Způsobuje to odraz světla od<br />
vodních kapek přítomných v páře.
Přehřátá pára<br />
Pokud je přítomna voda v procesu varu a vypařování, tak<br />
hodnoty teplot odpovídají tlakům podle parních tabulek.<br />
Pokud příkon tepla pokračuje i když je všechna voda<br />
vypařena, teplota páry dále vzrůstá. Výsledkem je přehřátá<br />
pára s teplotou vyšší než je teplota syté páry pro<br />
odpovídající tlak.
Je přehřátá pára lepší<br />
Při styku s chladnějším povrchem kondenzuje sytá pára velmi<br />
dobře a odevzdává výparné teplo, které tvoří větší část jejího<br />
celkového tepelného <strong>obsah</strong>u.<br />
Přehřátá pára odevzdá část své energie poklesem teploty. Ke<br />
kondenzaci nedochází až do dosažení teploty sytosti. Přestup<br />
tepla z páry do ohřívaného tělesa je zpravidla horší než u syté<br />
páry.<br />
Přehřátá pára se používá k pohonu parních strojů a zařízení.<br />
Sytá pára je nejlepší pro technologii a ohřev.
Jak se pára vyrábí<br />
Chemická energie z uhlí, plynu, nebo z<br />
jiného paliva se přemění v tepelnou energii,<br />
když je palivo spáleno.<br />
Tato tepelná energie je převedena ze<br />
spalovací komory kotle do <strong>vody</strong>.<br />
Teplota <strong>vody</strong> s přívodem energie vzrůstá až<br />
na mez sytosti, voda začne vřít a vyrábí se<br />
pára.
Sytá voda<br />
Voda o teplotě bodu varu je známá jako<br />
sytá voda.
Výparné teplo<br />
Tepelná energie, která byla dodána na<br />
zvýšení teploty <strong>vody</strong> se nazývá tepelný<br />
<strong>obsah</strong> <strong>vody</strong> a značíme ji např. hf.
Tepelný <strong>obsah</strong> a měrné teplo<br />
Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong> při 0°C je nulový. Měrné<br />
teplo <strong>vody</strong> je 4,1904 kJ/kg<br />
kg.<br />
Pro výrobu páry je nutné vodu zahřát na teplotu<br />
100°C. Proto nárůst teploty 1 kg <strong>vody</strong> z 0°C na<br />
teplotu 100°C vyžaduje zvýšení tepelného <strong>obsah</strong>u<br />
o:<br />
(100 - 0) x 4,1904 = 419,04 kJ/kg<br />
/kg<br />
Když<br />
kotel <strong>obsah</strong>uje 1000 l <strong>vody</strong>, tak její celkový<br />
tepelný <strong>obsah</strong> při varu a tlaku 0 bar je:<br />
1000 x 4,1904 x 100 = 419 040 kJ = 419 MJ
Příklad pro jinou počáteční<br />
teplotu <strong>vody</strong> než 0°C<br />
Pro vodu teplou 20°C je u stejného kotle nutné<br />
zvýšit její tepelný <strong>obsah</strong> o:<br />
1000 x 4,1904 x (100-20) = 335 232 kJ =<br />
335,2 MJ<br />
Z toho plyne: při vyšší teplotě napájecí <strong>vody</strong> je<br />
potřeba menší tepelný příkon a tedy i menší<br />
spotřeba paliva na uvedení této <strong>vody</strong> do varu.
Co se děje při varu<br />
Když voda dosáhne 100°C, tak další příkon<br />
tepla nezpůsobuje vzrůst teploty, ale<br />
Vypařuje ji, mění ji tedy v páru.<br />
Teplo, které mění skupenství bez změny<br />
teploty se nazývá výparné ( latentní ) teplo -<br />
h f g.
Tepelný <strong>obsah</strong> páry v kotli má<br />
1. Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong><br />
2. Výparné teplo<br />
dvě části:<br />
Jejich součet je celkový tepelný <strong>obsah</strong> páry<br />
h g :<br />
h f + h f g = h g
Účinek absolutního tlaku<br />
Předchozí příklady se odehrávaly při<br />
atmosférickém tlaku. Protože kotel je uzavřenou<br />
tlakovou nádobou,vzniká v něm tlak.<br />
Další vyrobená pára se v kotli stlačuje a její tlak<br />
působí na okolí, tedy i na povrch <strong>vody</strong> v kotli.<br />
Při vzrůstu tlaku na povrch <strong>vody</strong> roste teplota (bod)<br />
jejího varu.<br />
– Při atmosférickém tlaku je bod varu <strong>vody</strong> 100°C.<br />
– Při tlaku 7 bar je teplota varu 170,5°C.
Účinek tlaku - schématicky<br />
Celkový tepelný <strong>obsah</strong> při atmosférickém tlaku<br />
Celkový tepelný <strong>obsah</strong> při tlaku 7 bar<br />
Celkový tepelný <strong>obsah</strong> každého kg páry vzrůstá, ale jen mírně. Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong><br />
roste, zatímco výparné teplo s tlakem klesá.
Se vzrůstem tlaku páry:<br />
Shrnutí<br />
– Cekový tepelný <strong>obsah</strong> páry mírně roste<br />
– Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong> roste<br />
– Výparné teplo klesá<br />
Čím nižší je tlak páry, tak:<br />
– Je menší celkový tepelný <strong>obsah</strong> páry<br />
– Tepelný <strong>obsah</strong> <strong>vody</strong> se snižuje<br />
– Výparné teplo vzrůstá<br />
Důležité! Nižší tlak páry znamená vyšší<br />
výparné a tedy využitelné teplo.
Jak pára kondenzuje<br />
Pára po výstupu z kotle předává část svého tepla<br />
při styku s jakýmkoli povrchem, který má nižší<br />
teplotu.<br />
Přitom část páry zkondenzuje – přemění se ve<br />
vodu o stejné teplotě jakou má pára.<br />
Kondenzací pára předá výparné teplo.
Využití páry v technologii nebo<br />
na vytápění<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Na obrázku je schéma<br />
nádrže s topným<br />
hadem.<br />
Uvnitř nádrže je<br />
ohřívaný produkt a pára<br />
vstupuje do topného<br />
hadu.<br />
Pára předává část svého<br />
tepla produktu přes<br />
stěnu trubky topného<br />
hada.<br />
Kondenzací se vytváří voda a stéká dolů topným hadem, odkud musí být<br />
odvedena pryč.
Zaplavování<br />
<br />
<br />
<br />
V případě, že pára<br />
kondenzuje rychleji než je<br />
ze systému odváděn<br />
kondenzát, dochází k jeho<br />
zaplavování.<br />
Ze začátku bude mít<br />
kondenzát stejnou teplotu<br />
jako pára.<br />
Potom rychle předá teplo<br />
přes stěnu topného hada<br />
do produktu a jeho teplota<br />
poklesne.
“Teplosměnná<br />
plocha”<br />
Je název povrchu topných hadů, spirál,<br />
desek apod.<br />
Aby se využilo technologické zařízení na<br />
plný výkon, musí být k přenosu tepla<br />
využita celá teplosměnná plocha.<br />
Kondenzát na povrchu teplosměnné plochy<br />
zabraňuje přestupu tepla a tedy snižuje<br />
účinnost zařízení.
Tři činitelé ovlivńující přestup<br />
tepla z páry do produktu<br />
Efektivní teplosměnná plocha<br />
(m 2 )<br />
Rozdíl teplot (°C ) mezi párou<br />
a ohřívaným produktem<br />
Takzvaný “U” faktor, neboli<br />
koeficient přestupu tepla. . Je<br />
závislý na materiálu<br />
teplosměnné plochy, ale<br />
hlavně na povlacích, které se<br />
na ní mohou vytvářet.udává se<br />
v J/m 2 °C
Překážky efektivního přestupu<br />
tepla<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Případné povlaky vytvořené<br />
vrstvičkami vzduchu, nečistot a<br />
usazenin na povrchu teplosměnné<br />
plochy na obou jejích stranách<br />
ovlivňují přestup tepla.<br />
Na straně produktu se obvykle<br />
nachází vrstvičky vy tvořené<br />
korozí, připečením produktu nebo<br />
„stojatou“, nepohybující se<br />
vrstvou produktu.<br />
Na parní straně jsou to nečistoty,<br />
které jsou obvykle tvořeny<br />
usazeninami, nánosy, rzí,kotelním<br />
kamenem apod.<br />
Všem těmto překážkám se dá<br />
předcházet pravidelnou údržbou a<br />
udržovat teplosměnnou plochu v<br />
optimální čistotě.
Jak kondenzát ovlivňuje koeficient<br />
přestupu tepla<br />
Pára při styku s chladnějším povrchem teplosměnné<br />
plochy okamžitě předává výparné teplo a vytváří malé<br />
kapky.<br />
Kapky se rychle spojí ve vrstvičku, tzv. vodní film, jehož<br />
tloušťka vzrůstá směrem dolů. Zvětšuje se tím tepelný<br />
odpor.<br />
Vrstva <strong>vody</strong> o tloušťce 0,25 mm má stejný tepelný odpor<br />
jako litina o síle 15 mm nebo měď o síle 125 mm.<br />
Z toho je patrné, že pro efektivní přestup tepla potřebujeme<br />
suchou páru a dobrý odvod kondenzátu z parního prostoru.
Jak vzduch ovlivňuje koeficient<br />
přestupu tepla.<br />
Vzduch ovlivňuje přestup tepla ještě intenzivněji než voda<br />
Vrstvička vzduchu o síle 1 mm má stejný tepelný odpor<br />
jako vrstva <strong>vody</strong> 25 mm, 110 mm silná litinová stěna nebo<br />
110 mmm silný měděný plát.<br />
Z tohotodůvodu se jeví správné odvzdušnění parních<br />
systémů jako jeden z nejdůležitějších úkolů, které musí za<br />
provozu splňovat!
Příklad<br />
jdnoduchého<br />
parokondenz<br />
átního<br />
systému